Cazperのつれづれ日記

金属も引っ張れば破断しますし、曲げれば折れます。金属など材料の強さは、引張試験を行って求めます。機械の設計では、引張試験でその材料が破断するときの荷重の、例えば６倍の荷重が作用しても破断しないように部品の寸法を決めます。すなわち、安全率を６にして部品の寸法を決めるわけです。

制限荷重以上の大きな荷重がかかる可能性や、材料品質のバラツキ、材料内部に欠陥のある可能性、設計や工作上あるいは組立上の不確定要素などを考えて、機械の部品は強度的にかなり余裕をもった寸法に設計されます。

産業機械や建設機械などでは、部品が静かな荷重を受ける場合は、安全率を３程度、繰り返し荷重を受ける場合は、５～８程度、衝撃荷重を受ける場合は10以上にして設計されます。

登山や高所作業で使うロープを「命綱」と言います。このロープが破断すれば、直接人命にかかわります。文字通り命綱です。例えば、体重100kg の人を支えるための命綱には、その10倍の荷重、つまり1,000kg に耐えうる強度のロープを使います。安全率が10ということになります。

安全率を大きくとって強度的に余裕のある寸法に設計すればするほど、部品は大きくなり、機械は重くなります。安全率を５～10程度にして、航空機を設計したらどうでしょう。とても頑丈な航空機が出来上がりますが、重くて飛び上がらないでしょう。

航空機は、一般に安全率を1.5 程度にして設計されます。出来るだけ軽くなるように、強度的にギリギリの設計がなされるわけです。そのかわり、コンピュータを用いた解析やシミュレーション（模擬実験）によって綿密で正確な強度計算を行って設計され、製作過程では材料欠陥や加工傷などの検査を徹底的に行い、一切の不確定要素を排除して航空機は製造されます。

そして、運用・管理においても、保守・メンテナンス規定や運航マニュアルなどが作成され、それに基づいた厳格な運用・管理が徹底して実施されます。(引用元)